JP2007090251A - 薄膜形成方法および形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、第１電極層を形成した素子用基板に、必要な箇所に所望する膜厚で均一に、且つ、容易にパターン形成可能な塗布方法および塗布装置を提供することを課題とする。
【解決手段】
第１電極層が予め所定の回路状にパターンが形成された素子用基板に塗布する装置であって、上部には超音波スプレーノズルを備え、前記素子用基板の表面を覆うパターンマスクを備え、かつ、素子用基板、あるいは該素子用基板設置側には電場形機構を設けることにより解決した。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機エレクトロニクルミネッセンス素子等の素子形成のための機能性薄膜の形成方法およびそれに用いる薄膜形成装置に関する。

有機エレクトロニクルミネッセンス素子に正孔輸送層等の機能性薄膜を形成する一般的な方法は、第１電極層であるＩＴＯ薄膜が予め所定の回路状にパターンが形成された有機エレクトロニクルミネッセンス素子用基板に、スピンコータ、スリットコータ等を用いて正孔注入層用有機材料を塗布、乾燥した後、レーザーを照射して、必要としない箇所を除去し、パターン状の機能性薄膜を得る方法である。

このように、レーザーを照射して有機薄膜を除去する方法では、陽極回路として形成されたＩＴＯ薄膜上に存在する正孔注入層の除去も行うため、前記ＩＴＯ薄膜にダメージを与えたり、塗布した正孔輸送層薄膜上に塵を付着させたりする恐れがあった。
ＩＴＯ薄膜に傷を付けたり、塵付着させると、洗浄工程やリペア工程がないため、不良が発生していた。また、正孔輸送層一層の塗膜を形成するにあたり、塗布工程と除去工程が存在し、生産工程が多く、生産効率に影響を及ぼしていた。

このような問題点を解決するために、スクリーン印刷法等の印刷法、インクジェット法、や塗布パターンマスクを介したスプレー印刷法が提案されている（特許文献１〜３を参照）。
前記提案はいずれも正孔輸送材料の使用量の低減を主目的とした改善である。
例えば、スクリーン印刷法で正孔輸送層を形成すると、スクリーン版の網目が転写され、膜厚が不均一となり、発光が不均一になってしまう不具合があった。
また、インクジェット法は、正孔輸送層のパターン精度の問題はないが、ノズルから吐出する吐出液によるノズルつまりによる問題を解消しなければならなかった。

更に、前記特許文献１〜３に記載された塗布パターンマスクを介したスプレー法では、低流量２流体ノズル等を用いた塗布法であって、塗布液を圧縮空気或いは窒素等によりノズル先端で勢い良く霧化するため、スプレーノズルの移動による僅かな気流の変化や、塗布液の固形分のノズル先端部への詰まり等の問題で、均等な膜厚を維持した薄膜を形成することができず、発光不良といった不具合が発生していた。
特開２００１−２３２２５１号公報 特開２００１−２３７０７０号公報 特開２００３−３４７０４９号公報

本発明は、第１電極層を形成した素子用基板に、必要な箇所に所望する膜厚で均一に、且つ、容易にパターン形成可能な薄膜形成方法および薄膜形成装置を提供することを課題とする。

本発明は、第１電極層が予め所定の回路状にパターンが形成された素子用基板に、表面を覆うパターンマスクを介して、超音波スプレーノズルにより塗布液を霧化して塗布することにより、機能性薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法である。
また、本発明は、第１電極層が予め所定の回路状にパターンが形成された素子用基板に薄膜を形成する装置であって、上部には超音波スプレーノズルを備え、前記素子用基板の表面を覆うパターンマスクを備え、かつ、前記素子用基板、あるいは該素子用基板設置側には電場形成機構を設けたことを特徴とする薄膜形成装置である。

このように、超音波スプレーノズルを用いることで、所望する膜厚で均一に、且つ、生産効率の良い薄膜形成ができるようになった。
また、超音波受信端子、塗布液注入口、および圧縮ガス注入口を備えた超音波スプレーノズルを装着することで、圧縮ガス注入口より、乾燥圧縮空気や不活性ガスを注入することができ、変質し難い塗布液には乾燥圧縮空気を、変質し易い塗布液には不活性ガスを選択することができる。

本発明は、基板上に第１電極層を形成した素子用基板の、前記第１電極層上に、少なくとも１層の機能性層を、スプレーノズルにて塗布液を霧化して塗布形成する薄膜形成装置であって、超音波受信端子、塗布液注入口、および圧縮ガス注入口を備えた超音波ノズルを装着する薄膜形成装置である。

このように、超音波受信端子、塗布液注入口、および圧縮ガス注入口を備えた超音波スプレーノズルを装着することで、所望する膜厚で均一に、且つ、生産効率の良い薄膜形成ができるようになる。
なお、圧縮ガス注入口より注入するガスは、乾燥圧縮空気や不活性ガスが挙げられ、変質し難い塗布液には乾燥圧縮空気を、変質し易い塗布液には不活性ガスを選択することができる。
また、霧化された塗布液が偏りなく塗布したい基板上に降るようにガス流量を設定すれば良い。

本発明に用いる超音波スプレーノズルは、スプレーノズルの先端部にて、塗布液を均等に霧化できればよく、ノズルの形状等には左右されない。

そして、前記超音波スプレーノズル本体に、１５〜１３０ＫＨｚの超音波を発信できる超音波発信器を接続した薄膜形成装置である。

前記超音波発信器は、超音波スプレーノズルに超音波発信器を接続することで、超音波スプレーノズルに超音波の波長信号を発信し振動させ、塗布液を霧化できる。
超音波スプレーノズルの先端で塗布液を良好に霧化するために良好な超音波の波長は、１５〜１３０ＫＨｚの範囲であり、塗布液の粘度や分子量等の液性と超音波スプレーノズルの関係に波長を合わせて調整することが望ましい。
ただし、１５〜１３０ＫＨｚの波長領域に含まれない波長の場合は、良好な霧化が形成できないこともある。なお、超音波発信器は固定周波数型または周波数可変型の何れを用いても良く、超音波スプレーノズルの特性に最適化されたメーカー推奨の超音波発信器を使用しても良い。

本発明の薄膜形成方法は、基板上に第１電極層を形成した素子用基板の、前記第１電極層上に、表面を覆うパターンマスクを介して、超音波スプレーノズルにて塗布液を霧化して塗布する薄膜形成方法である。
ここで、精密な流量の調整可能な送液ポンプ（以下、精密流量送液ポンプという）を備えることで、前記塗布液を安定供給することが可能となる。

この精密流量送液ポンプは、超音波発信器を接続した超音波スプレーノズルに塗布液を送るポンプであり、一定速度で一定量の塗布液を送液し、超音波スプレーノズルの先端部において安定した液滴が形成されるので、塗布液を安定して霧化することができる。
ここで使用できるポンプの形式は、一定速度で一定量の薬液を送ることが目的であって、ピストン、プランジャー、隔膜ポンプなどの往復ポンプ、歯車、仕切板、スクリュー、ロープポンプなどの回転ポンプ、タービン、ボリュートポンプなどの遠心ポンプやシリンジポンプなどが挙げられる。
また、少量の塗布液を脈流無く定量送液する場合は、シリンジポンプが挙げられ、ある程度の量を定量送液する場合は、脈流を少なくするように運転する２台以上のプランジャーポンプを組み合わせたシステムを用いる。

そして、素子用基板側に電界場を形成できる構造とは、電極部位と絶縁部位での電界の差を大きくする手段をいい、例えば、静電気による電場コントロールする構造や既に形成されている基板上の電極に電流を流し電場コントロールする構造などが挙げられる。

また、本発明の薄膜形成装置は、さらに、素子用基板より下部に飛散した薬液や溶剤を回収できるトラップ機構を備え、ダクトと不要となった塗布液や洗浄液を回収できるタンクを備えた構成としている。

この素子用基板より下部に飛散した溶剤を回収できるトラップ機構を備えたダクトとは、噴霧しようとする塗布液の有機溶媒がスプレーノズルより噴出する際に溶媒が揮発した場合を考慮し、冷却機能を備えたトラップ管で揮発溶媒等を液化して回収するか、スクラバーを用いて揮発溶媒を吸着し除去する機能を有する構造のダクトを挙げられる。

また、不要となった塗布液や洗浄液を回収できるタンクとは、素子用基板以外に噴霧される塗布液と、装置筐体内部及びスプレー本体等の洗浄液を回収する機能を有すタンクのことである。

本発明の薄膜形成装置は、さらに、素子用基板をゆがむことなく保持できる基板ホルダーを備えることで、安定した薄膜形成が可能となる。
この基板ホルダーとは、素子用基板の大きさにあった金属板等の剛性を有する素材から構成されている。

そして、超音波スプレーノズルで塗布液を霧化して塗布する際、前記素子用基板ホルダー上に、素子用基板の表面を覆うパターンマスクを保持するマスク保持部を備えることでパターン形成が容易に可能となる。

このマスク保持部でパターンマスクを保持することで、素子用基板上に所望するパターンを形成するためのマスクを、超音波スプレーノズルと素子用基板の間に精度良く固定することが可能となり、また、素子用基板を装着時退避することと、マスク上に塗布された塗布液を除去、もしくは洗浄する要素も合わせ持つことで、素子用基板を順次塗布可能とすることができる。

前記超音波スプレーノズルは、素子用基板上部に設置されたＸ−Ｙロボットに装着されており、前記Ｘ−Ｙロボットの移動に合わせて移動可能となっている。

このように超音波スプレーノズルをＸ−Ｙロボットに装着することで、前記Ｘ−Ｙロボットの移動に伴い、素子用基板上部で前後左右に移動させることが可能で、霧化した塗布液を安定的に所望の厚さの成膜が出来るように噴霧できる。

ここで、Ｘ−Ｙロボットに装着する超音波スプレーノズルは、１台を装着してもよいし、数台１列に配置して搭載してもよい。

前記Ｘ−Ｙロボットに超音波スプレーノズル数台を１列に配置して搭載して、素子用基板に塗布する機構は、基板の大面積化に対応した装置として適している。
また、超音波スプレーノズル１台を装着した場合とは異なり、ロボットアームに超音波スプレーノズル数台が、等間隔に搭載され、そのロボットアームが前後に移動して、霧化した塗布液を安定的に所望の厚さの成膜が出来るように噴霧できる。

基板上に第１電極層が予め所定の回路状にパターンが形成された素子用基板に、前記機能性層のうち少なくとも１層を超音波ノズルで薬液を霧化して塗布する装置を用いて塗布形成する機能層として、正孔注入層を形成するのに適している。

この薄膜形成装置は、有機ＥＬ素子の製造に限定するものではなく、有機ＥＬ素子以外の素子や装置の薄膜製造において使用することができる。

薄膜形成装置は、素子用基板の薄膜形成に限定されるものではなく、例えば、ガラス、アルミニウム等の金属基板、或いは、アクリル、ポリエステルポリエチレン、ポリスチレン等のプラスチック基板に形成するのにも適用することができる。

さらに、前記薄膜形成装置においては、排気ユニットや塗膜形成プロセスの一環として必要とされる乾燥用ホットプレート、あるいはオーブン、紫外線洗浄機等の別ユニットと接続できる構造にしても良い。また、搬送用ロボットを装着しても良い。

以下に図面に基づいて一実施形態について説明する。尚、この実施形態によって、この発明が限定されるものではない。

本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。図１は薄膜形成装置の構成を概略的に示す説明図である。

図１で示されるように、本発明による薄膜形成装置１の構成は、ロボットアーム６に取り付けられた超音波スプレーノズル２、パターンマスクと素子用基板８を保持できるホルダー７、及び排気ダクト４から構成されており、素子用基板８上にパターンマスクを介して所望のパターンコーティングできる。

超音波スプレーノズル２には、超音波受信端子、塗布液注入口と圧縮ガス注入口を備えており、それぞれが超音波発信器３、精密流量送液ポンプ９と圧縮ガスレギュレータに接続されていて、塗布液流量とガス流量を適切にコントロールすることで、所望の塗布液噴霧ができる。

精密流量送液ポンプ９は、塗布液タンク５に接続されていて、塗布液は連続的に供給され、連続コーティングも可能である。

排気ダクトは、ミスト化した塗布液などを回収するトラップ機構を、また、霧化された塗布液等の付着物を清掃に使用する洗浄液を回収するタンクが付属設備として装着されている。

パターンマスクと素子用基板８を保持する技法は種々あり、基板が固定され、ゆがみが発生しないように基板保持ができれば、保持方法は限定されない。

超音波スプレーノズル数は、基板サイズ、コーティングタクトやコーティング精度等で適宜選択すれば良く、また、スプレーノズルの数でロボットアームの駆動が適宜選択できる。

なお、図１に示した薄膜形成装置の超音波スプレーノズルは、例えば、図３に示すように、ノズル本体の基端部に、塗布液注入口１０、及び圧縮ガス注入口１２を有し、かつ、先端部には、塗布液塗出口２０および圧縮ガス塗出口２２が具備されている。

以下に上述の実施形態を使用した実施例にて説明する。

固形分を０．４重量％に調整した正孔輸送材溶液を塗布液タンク５に入れ、この塗布液タンクより精密流量送液ポンプ９を介して超音波スプレーノズル２に配管した。
その際、精密流量送液ポンプの送液流速を５．０ｍＬ／分に設定した。
また、乾燥圧縮空気の配管よりレギュレータを介して超音波スプレーノズルに配管した。
その際、レギュレータの圧力を０．０１ＭＰａに設定した。超音波スプレーノズルが取り付けてあるロボットアーム６の稼動スピードを２００ｍＬ／ｍｉｎに設定し、超音波スプレーピッチを３０ｍｍ、基板から超音波スプレーノズル距離を４０ｍｍに設定した。

素子用基板を保持できるホルダー７上に、２００ｍｍ×２００ｍｍ用パターンマスク、２００ｍｍ×２００ｍｍのＩＴＯ電極と絶縁膜パターンが形成された素子形成用基板の順に固定した。前記パターンマスクと素子用基板の距離は、０．２ｍｍとした。

超音波発信器３を稼動し、次に精密流量送液ポンプを稼動させて塗布液の送液を開始した。
前記超音波スプレーノズルからの塗布液の霧化が安定した時点で、ロボットアームを、図２に示すような軌道を描くように稼動して正孔輸送材をコーティングした。
そして、前記パターンマスクと素子用基板の全面がコーティングされた後、素子用基板のみをオーブンに入れ、１２０℃、１０分間の乾燥を行った。素子用基板上に膜厚が４００±２０オングストロームの正孔輸送材層を所望したパターンが得られた。

＜比較例１＞
固形分を０．４％に調整した正孔輸送材溶液を塗布液タンクに入れ、塗布液タンクより精密流量送液ポンプを介して２流体スプレーノズルに配管した。その際、精密流量送液ポンプの送液流速を８．０ｍＬ／分に設定した。
また、乾燥圧縮空気の配管よりレギュレータを介して２流体スプレーノズルに配管した。
その際、レギュレータの圧力を２．００ＭＰａに設定した。超音波スプレーノズルが取り付けてあるロボットアームの稼動スピードを２００ｍＬ／ｍｉｎに設定し、２流体スプレーピッチを２５ｍｍ、基板から２流体スプレーノズル距離を４０ｍｍに設定した。

素子用基板を保持できるホルダー７上に、２００ｍｍ×２００ｍｍ用パターンマスク、２００ｍｍ×２００ｍｍのＩＴＯ電極と絶縁膜パターンが形成された基板順に固定した。パターンマスクと基板の距離は、０．２ｍｍとした。

精密流量送液ポンプを稼動させて塗布液の送液を開始した。塗布液の霧化が安定した時点で、ロボットアームを、図２に示すような軌道を描くように稼動して正孔輸送材をコーティングした。
パターンマスクと基板の全面がコーティングされた後、基板のみをオーブンに入れ、１２０℃、１０分間の乾燥を行った。膜厚が４００±７０オングストロームの正孔輸送材層を所望したパターンで得た。

＜比較例２＞
スピンコータにて２００ｍｍ×２００ｍｍのＩＴＯ電極と絶縁膜パターンが形成された基板上に正孔輸送材をコーティングした。スピンコートした基板をオーブンに入れ、１２０℃、５分間の乾燥を行った。膜厚が４００±１５オングストロームの正孔輸送材層を得た。形成した正孔輸送材層の不要な部分にレーザを照射、除去し、所望したパターンで得た。

前記実施例、比較例１および比較例２において作製した基板に、有機ＥＬ層を形成し、陰極形成、封止加工を施して、有機ＥＬ素子を形成した。

形成した有機ＥＬ素子を点灯評価した。評価結果を表１に示す。

表１から明らかなように、有機ＥＬ素子の点灯評価により、本発明に係る薄膜形成装置を使って正孔輸送層を形成した有機ＥＬ素子は、ムラやショートの支障なく点灯した。また、本発明に係る薄膜形成装置を使用すると現行の工程数を減らすことができた。

本発明の薄膜形成装置の一例を示す説明図。 超音波スプレーノズルの移動状態を示す説明図。 超音波スプレーノズルの一例を示す断面説明図。

符号の説明

１・・・薄膜形成装置
２・・・超音波スプレーノズル
３・・・超音波発信機
４・・・排気ダクト
５・・・塗布液ポンプ
６・・・ロボットアーム
７・・・ホルダー
８・・・素子用基板
９・・・精密流量送液ポンプ

Claims (8)

1. 第１電極層が予め所定の回路状にパターンが形成された素子用基板に、表面を覆うパターンマスクを介して、超音波スプレーノズルにより塗布液を霧化して塗布することにより機能性薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。
2. 前記素子用基板側に電界場を形成することを特徴とする請求項１記載の薄膜形成方法。
3. 第１電極層が予め所定の回路状にパターンが形成された素子用基板に塗布する装置であって、上部には超音波スプレーノズルを備え、前記素子用基板の表面を覆うパターンマスクを備え、かつ、前記素子用基板、あるいは該素子用基板設置側には電場形成機構を設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
4. 前記スプレーノズルは、ノズル本体に超音波発信器が接続されていることを特徴とする請求項３に記載の薄膜形成装置。
5. 前記スプレーノズルが、超音波受信端子、塗布液注入口及び圧縮ガス注入口を備えたことを特徴とする請求項３はたは４記載の薄膜形成装置。
6. さらに、前記素子用基板より下部に飛散した塗布液や溶剤を回収できるトラップ機構を備えたことを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の薄膜形成装置。
7. 前記超音波スプレーノズルが、Ｘ−Ｙロボットに搭載されていることを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の薄膜形成装置。
8. 前記超音波スプレーノズルが、Ｘ−Ｙロボットに複数台が一列に搭載されていることを特徴とする請求項７記載の薄膜形成装置。

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